光的本质和光的传播.docx
《光的本质和光的传播.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《光的本质和光的传播.docx(19页珍藏版)》请在启牛文库网上搜索。
1、十三章:光的本质和光的传播通过上面的很多章节,我们分析了光的诸多实验内容。包括光的反射,折射,色散,干涉,衍射,光电效应及迈克尔逊莫雷实验。这一章我们将对光知识有一个整体的总结和发散思考。没有光,人类的世界的不可想象。但我们要理解光,追上光,似乎真的很难。从人类诞生到今天,光学研究依然很热门,就足以说明这一点。甚至有的人说光是“承上启下”的东西,连接宏观世界和量子世界,谁如果吃透了光的本质,本性,就会对这个世界有深的认识。作为一个普通人,你认为光是咋样的?光对你来说意味着什么?今天我们一起来走进光的世界,去揭开它最神奇的面纱。首先大家要知道的是“光”是一个特殊的词,为什么这样说呢?因为光的本质
2、是电磁波,这是我们知道的。麦克斯韦是一个做出光是电磁波预言的人,赫兹是第一个用实验证实的人。所以我们通常所说的光,光源,是我们可以看见的电磁波。电磁波之可见光谱范围大约为390760nm,这只是整个电磁波谱中范围极小的一部分,所以它是特殊的。其他光谱范围是人类看不见的电磁波,有紫外线,红外线,x射线,伽马射线等等。所以重要的事情再强调一遍光是一种电磁波! 那么我现在来问大家一个问题。光具有的折射,反射,干涉以及有光电效应的现象,对于x射线,伽马射线,紫外射线等也有吗?各位答案是确定无疑的,光具有的一切性质,其他名称的电磁波也具有。只是我们人眼睛看不到而已,能借助其他仪器来观测。但不同光谱范围的
3、电磁波,会有不同的差异。比如x射线,伽马射线有很强的穿透性,对人体有危害。但在这里要强调,这种差异主要是对人类来说的。因为一块石头,任何一种电磁波都是一样的。它看不见任何光谱范围的电磁波,对于它来说也不存在“伤害”这个词。光是一种电磁波,会引出另一个问题电磁波的本质是什么? 只有了解电磁波的本质,才算是了解了光的本质。这个观点,大家都会认同。电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面,变化的电场会产生磁场(即电流会产生磁场),变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场,这就是电磁场,而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波,电磁的变动就如同微风轻拂水面产生
4、水波一般,因此被称为电磁波,也常称为电波。电磁波的官方定义如下:电磁波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性。电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电场。电磁波在真空中速率固定,速度为光速。所以电磁波本质是电磁场辐射。那么根据辐射学说,绝对零度不可达到,就说明万物皆有辐射。向外辐射能量,这种辐射就是电磁辐射。所以用另一句通俗的话说电磁波是一种能量,光自然也是一种能量。这样我们就把光的一般性认识推广到所有物质中来了,任何物质都是能量。这时候大家会想起爱氏的一个质能公式:E=MC2。这个公式中
5、竟然出现了光?光速的平方!这是偶然吗?显然我不会这么想。推导到这里,我们再来总结一下,光是一种电磁波,电磁波是一种能量辐射。即光是一种能量。质能公式是普遍的,是宇宙范围内适用的公式,光出现在这个公式中,本身就代表了它是衡量宇宙物质能量的一个不可或缺“因子”。无论你是初中生,还是科研工作者,如果你从来没有这样思考过的话,现在就可以好好思考一下这个问题了。我在此书的第一章就强调过“世界是确定的,但世界的确定性我们无法把握。”这句话的深层含义就包括了,任何联系的偶然性,都是确定的。所以光出现在这个公式中,就不是偶然。同样正是本着这样的思维指导,我在变化中大胆的对于惯性做了新的定义。也就是说惯性质量和
6、引力质量严格相等的事实,在我看来绝非偶然,所以我推出引力是惯性的源泉观点。对这个问题,进行了阐述。同样宇宙间的众多的反比平方定律,在我的眼中也非偶然,值得去探究。如果你把所有这一个个相似,看成偶然,我们必然会失去走近真相的机会。无独有偶,爱氏场方程是中也出现了光。牛顿力学是爱因斯坦的狭义相对论在低速条件下的极限,包括万有引力定律。所以万有引力公式中其实是暗藏“光”的因素。想到低速,你立刻就要想到“速度”这个词。但想到速度,你又会想到光速!对了,就是这样的。对于速度所带来的冲击,对于我们人类来说,至今新鲜。新的时空观,新的宇宙观,好像什么都是新的。我们这一章是对光的总结行和启发性认识,所以我们必
7、须紧紧围绕光来说。那么现在说说光的运动,关于光的运动,前面的几个章节的铺垫,已经是现代实验所取得的成果。首先我们普通人的第一印象是光沿着直线传播,其次光速很快,是最快的。一个涉及运动方向,一个涉及运动速度,现在对这两个点我们进行分析认识。更严谨的认识应该是这样的。光在真空中沿直线传播,也可以表述为光在同一种均匀介质中沿直线传播。【但最严格的真空和均匀介质是不存在的。】在现实世界中,光大多时候不是沿着直线传播的。光在介质中传播时,由于光受到介质的相互作用,其传播路径遇到光滑的物体会发生偏折,产生反射与折射的现象。还有在不同条件下出现干涉,衍射等现象。另外,根据广义相对论,光在大质量物体附近传播时
8、,由于受到该物体强引力场的影响,光的传播路径也会发生相应的偏折。那么我现在又要问题了?那么我们说光沿着直线传播正确吗?或者说我们看到的光是直线的对吗?答案是对的。光在同一种均匀介质中沿直线传播。就以上图为例白色光在进入三棱镜之前,算是在同一种介质中,所以是直线传播。进入三棱镜后,在三棱镜中也算同一种介质中【只不过是被折射了】,在出三棱镜界后,又是在同一介质中,所以沿着直线传播。这个问题还可以转化为,光沿着直线传播,可是彩虹为什么是圆弧状的?大概就是上面的原因,但情况比较复杂。彩虹的形成是太阳光射向空中的水珠,经过折射反射折射后射向我们的眼睛所形成。我们问题永远不会是最后的一个! 接下来我再问你
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 本质 传播